способ извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов глиноземных производств

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, КАЛЬЦИЯ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ГЛИНОЗЕМНЫХ ПРОИЗВОДСТВ, включающий выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и разделение целевых продуктов, отличающийся тем, что выщелачивание проводят с использованием жидких карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле более пяти или их смеси при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1 (7 10) при 30 80^oС в течение 0,5 - 5,0 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам извлечения легких, преимущественно алюминия, щелочноземельных, преимущественно кальция, и редкоземельных металлов из красных шламов отходов глиноземных производств.

Цель изобретения повышение избирательности извлечения целевых продуктов и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов глиноземных производств, включающем выщелечивание кислотой, фильтрацию раствора и разделение извлекаемых целевых продуктов, выщелачивание проводят с использованием в качестве выщелачивающего реагента жидких карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле более 5 или их смеси при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1:(7-10) при 30-80^о С в течение 0,5-5 ч.

Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами.

Проверку способа проводили на опытной установке с использованием спекательного красного шлама Бокситогорского глиноземного завода как наиболее сложного в переработке.

Состав красного шлама, использованного в примерах, приведен в табл.1.

Результаты экспериментов по извлечению алюминия, кальция и редкоземельных металлов известным и предлагаемым способами при использовании различных выщелачивающих реагентов жидкой карбоновой кислоты жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле более 5, а именно октановой кислоты (С₈Н₁₅О₂), а также смеси синтетических жирных карбоновых кислот (СЖК), промышленный образец, с числом атомов углерода в молекуле от 7 до 9 при различном соотношении сухой твердой и жидкой фаз, температуре и продолжительности процесса извлечения приведены в нижеследующих примерах и табл. 2-4.

П р и м е р 1 (по известному способу). Пробу красного шлама, полученного при переработке бокситов по методу Байера и содержащего 12% Al₂O₃, 14% CaO, 36% Fe₂O₃, 9% SiO₂, 4% TiO₂ и 0,0007% Sc, подвергали восстановительной плавке при 1400^о С с известняком и коксом в течение 80 мин. При плавке образовывался саморассыпающийся алюмокальциевый шлак примерного состава: 20% Al₂O₃, 51% CaO, 6% TiO₂, 15% SiO₂, содержащий примерно 0,001% Sc, и чугун, в котором содержалось менее 0,00005% Sc.

После выщелачивания шлака 30%-ным раствором серной кислоты и фильтрации раствора получили раствор, содержащий сульфаты алюминия и редкоземельных металлов, в частности скандия, а также твердый остаток, включающий сульфат кальция. Редкоземельные металлы из сульфатного раствора, полученного в результате фильтрации, извлекали в органическую фазу путем экстракции 5%-ным раствором Ди2ЭГФК (ди-2-этилгексилфосфорная кислота) в керосине. Затем органическую фазу обрабатывали 10%-ным раствором соды и получали осадок гидроокисей редкоземельных металлов и раствор карбоната скандия.

При экстракции алюминий в виде сульфата оставался в водном растворе.

Алюминий, кальций и редкоземельные металлы из полученных продуктов извлекали одним из известных способов [1]

П р и м е р 2 (по предлагаемому способу). Пробу красного шлама влажностью 44% и массой 100 г выщелачивали 500 мл октановой кислоты (С₈Н₁₅О₂) при перемешивании в течение 2 ч при 60^о С. Раствор фильтровали на фильтре Шотта. Для выделения алюминия, кальция и редкоземельных металлов экстракт промывали достаточным количеством серной кислоты до достижения равновесного значения рН 3,0 (для водной фазы). При этом алюминий и редкоземельные металлы, кроме скандия, в виде сульфатов переходили в водный раствор, а кальций в виде нерастворимого сульфата (гипса) выпадал в осадок. Осадок отделяли фильтрацией на фильтре Шотта, а водный раствор, содержащий алюминий и редкоземельные металлы, обрабатывали 10%-ным раствором едкого натра (NaOH).

Редкоземельные металлы, кроме скандия, выделялись в виде осадка гидроокисей, а алюминий в виде алюмината натрия оставался в растворе.

Экстракт после удаления из него алюминия, кальция и редкоземельных металлов, кроме скандия, промывали достаточным количеством серной кислоты до достижения равновесного значения рН 1,5 (для водной фазы). При этом скандий в виде сульфата переходил в водный раствор.

Степень извлечения целевого продукта определяли как отношение абсолютного количества выделенного элемента к его абсолютному количеству, содержащемуся в пробе, выраженное в процентах (%).

Результаты представлены в табл.2.

П р и м е р 3 (по предлагаемому способу). Пробу красного шлама влажностью 44% и массой 100 г выщелачивали 500 мл (концентрация 100%) смеси синтетических жирных карбоновых кислот (СЖК) с числом атомов углерода в молекуле от 7 до 9 при перемешивании в течение 2 ч при 60^о С при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1:7.

Опыт проводили по схеме примера 2.

Результаты представлены в табл.2.

П р и м е р ы 4-18 (по предлагаемому способу). Проведена серия опытов по исследованию влияния температуры и продолжительности на извлечение целевых продуктов. Пробу красного шлама влажностью 44% и массой 100 г выщелачивали 500 мл (концентрация 100% ) смеси синтетических жирных карбоновых кислот (СЖК) при перемешивании в течение 0,5-5,0 ч при 30-80^о С при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1:7.

Опыты проводили по схеме примера 2.

Результаты представлены в табл.3.

П р и м е р ы 19-22 (по предлагаемому способу). Проведена серия опытов по исследованию влияния массового соотношения сухой твердой и жидкой фаз на извлечение целевых продуктов. Пробу красного шлама влажностью 44% и массой 100 г выщелачивали смесью синтетических жирных карбоновых кислот (СЖК, концентрация 100%) при перемешивании в течение 2 ч при 60^о С.

Опыты проводили по схеме примера 2.

Результаты представлены в табл.4.

Анализ результатов опытов позволяет сделать следующие выводы.

Выщелачивающие способности октановой кислоты, т.е. отдельной карбоновой кислоты, и смеси синтетических жирных кислот практически одинаковы. Это объясняется тем, что химические свойства алкилкарбоновых кислот (с числом атомов углерода в молекуле более 5), характеризующиеся значением констант кислотной диссоциации и констант устойчивости комплексных соединений с металлами, очень близки. По этой же причине в качестве выщелачивающих веществ могут быть использованы и другие виды алкилкарбоновых кислот с числом атомов углерода более 5, а именно: нафтеновые кислоты и высшие изомерные карбоновые кислоты (ВИК), которые, как и синтетические жирные кислоты, выпускаются промышленностью.

Степень извлечения целевых продуктов существенно зависит от времени выщелачивания и температуры. Причем чем выше температура, тем быстрее достигается максимальная степень извлечения элементов: Al 15% Ca 84% Sc 30% La 9% Повышение температуры свыше 80^о С нецелесо- образно из-за значительных теплозатрат, не приводящих к существенному росту степени извлечения продуктов. Выщелачивание при температуре ниже 30^о С характе- ризуется невысокой скоростью течения процесса и требует длительного времени. Поэтому с технологической точки зрения оптимальные условия выщелачивания: температура 60-80^о С и продолжительность процесса 2 ч.

Выбранный диапазон массового соотношения сухой твердой и жидкой фаз 1: (7-10) ограничен снизу загустеванием органической фазы за счет выпадения карбоксилатов металлов и трудностями фильтрации. Увеличение этого соотношения более 1:10 нецелесообразно из-за больших материальных потоков и неполного использования массы экстрагента.

Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным является упрощение процесса извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов за счет исключения восстановительной плавки и всех операций и оборудования, непосредственно связанных с осуществлением этого процесса, а также возможность селективно извлечь из красных шламов алюминий, кальций и редкоземельные металлы путем перевода их в органическую фазу, из которой в дальнейшем можно легко осуществить дробное непрерывное выделение отдельных целевых продуктов.